Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA)

Engineering und Technologie (ZEA-1)

Numerische Simulationen und Berechnungen

Bei der Entwicklung neuer Instrumente und Verfahren für die Wissenschaft werden oft die Grenzen des Machbaren erreicht. Dies erfordert eine sorgfältige Auslegung und Optimierung von Bauteilen, die im späteren Betrieb extremen Lasten ausgesetzt sind, und Prozessen, die entscheidend für den Erfolg des späteren wissenschaftlichen Experimentes sind. Anhand von modernen Simulationsmethoden können wir im Vorfeld Konzepte bewerten, wichtige Einflussfaktoren bestimmen und frühzeitig Entwicklungsfehler oder Schwachstellen entdecken. So sparen wir Zeit und Kosten. Aufwendige Versuchsreihen werden durch unsere Computersimulationen vermieden oder verkürzt. Gleichzeitig berechnen wir Effekte, die messtechnisch nicht oder nur mit hohem Aufwand zu erfassen sind.

In unseren Simulationen ermitteln wir zum Beispiel Spannungen und gefährdete Bauteilbereiche. Wir bestimmen das Schwingungsverhalten und kritische Eigenfrequenzen, berechnen Temperatur- und Magnetfelder oder simulieren komplexe Strömungsvorgänge. Ob enorme Hitze, Vakuum oder großer Druck, Teilchenwechselwirkungen, hohe Drehzahlen oder gar Vogelschlag — wir stellen sicher, dass die von uns entwickelten Bauteile und Instrumente ihren Dienst in der Forschung verlässlich verrichten. Insbesondere Bauteile, die später extremen Lasten ausgesetzt sind, werden von uns am Rechner effizient geplant und optimiert. Gefertigt nach unseren Vorgaben, erfüllen sie ihre Aufgabe dann zuverlässig und störungsfrei im täglichen Betrieb.

Je detaillierter die Simulationsmodelle sind, umso genauer sind die Ergebnisse, die unsere Expert:innen durch die Berechnungen erhalten. Jedoch sind für die Berechnung großer Simulationsmodelle geeignete Computer-Ressourcen notwendig. Wichtig ist in diesem Zusammenhang zum einen ein ausreichender Hauptspeicher, um die Simulationen überhaupt durchführen zu können, zum anderen ist aber auch eine große Zahl von schnell vernetzen Prozessoren entscheidend für den in einem akzeptablen Zeitraum berechenbaren Detaillierungsgrad der Simulationsmodelle. Mit dem JuZEA-1 steht dem ZEA-1 ein maßgeschneidertes HPC-Cluster am Jülich Supercomputig Centre (JSC) zur Verfügung; ein System bestehend aus 10 Rechenknoten mit jeweils 48 Kernen, einem 100 Gbit/s InfiniBand-Netzwerk und 4608 GByte Hauptspeicher.